（分析化学专业论文）污水生物脱氮除磷处理工艺的研究.pdf

摘要 污水e 物脱氯除磷工艺作为经济和有效的处理控制污水氮磷污染的方 法受到环境保护行业和给水排水行业日益重视。 本文探讨了生物脱氨除磷技术和其它的脱氯除磷方法，并深入研究了 s b r b ：连续流间歇曝气脱氮除磷两个新工艺。 所做的工作归纳如下： l 、通过s b r 工艺处理城市污水的实验，采用本文工况4 s b r i 艺的晟佳运行 参数：i x 氧 2 h ) ，曝气( 5 h ) 缺氧( 25 h ) ，沉淀、排泥、出水( 15 h ) ，周期时 间为1 1o h 。1 t i 水中n h l n 为l6 i m g l 一、t n 为9 6 1m 9 1 2 1 、t p 为o4 3 m g l 1 ， n i - h n 冉勺去除率i 趣1 1 9 60 2 ， i n 去除军达到7 66 2 ，t p 去除率达到9 14 5 达 到我国污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 - - 1 9 9 6 ) 的一级排放标准。 2 、研究了连续流间歇曝气工艺，不设专f j 的缺氧、厌氧池，在同一反应池中 连续进水，间歇曝气。在同反应池内，硝化、反硝化；释磷、吸磷，从选 取最佳曝i ，j 式，碳源，搅拌三个, 4 进行了比较和优化。 实验证明，去除 c 0 d 和氨氢的效果稳定，在碳源满足条件下，停气期增加搅 生，出水中t n 为l30 2 r a g l 一，t p 为0 4 8 m g l ，t n 去除率达7 93 7 ，t p 去除率达到9 2 3 0 ，达到我国污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 - - 1 9 9 6 ) 的级排放标准。 3 、在厌氧区控制硝酸盐和v f a 的量是决定聚磷菌生长、增殖的两个重要因 素增加碳源和停气搅拌，保证反硝化作用进行充分，n 阱n 浓度根低， v f a 浓度增高，控制条件使系统内处于厌氧状态，可使聚磷菌厌氧段充分释 磷好氧段过量吸磷，t p 去除率达9 23 0 。 4 、通过规模为2 万m 3 d 的生产性实验表明：在容积负荷与常规活性污泥法相 近的条件下，连续流间歇曝气工艺在保证c o d 降解的同时， o 去除率可达 7 77 0 ，丁p 去除率可达9 07 8 。 关键阂：脱氮除磷s b r 2 艺连续流间歇曝气 硕士学f i 论文 h m le r ls1 ；j h s i s s b s t r a c t w a s t e w a t e ro fb i o l o g i s tn i t o g e na n dp h o s h p h o r a sr e m o v a lt e c h n o l o g y ，a sa n e c o n o m i c a la n dv a l i dw a yo fc o n t m lw a s t e w a l e rna n dpp o l l u t i o n ，h a sb e e n a p p r e c i a t e db yp r o f e s s i o no f e n v i r o r m e n t a lp r o t e c t i o na n dw a t e ra n dw a s t e t h i sa r t i c l ei n q u i r et e c h n o l o g yo fb i o l o g i s tna n dpr e m o v a la n do t h e r m e t h o do f na n dpr e m o v a lr e s e a r c hn e wt e c h n o l o g yo f na n dpi ns b ra n dt h e c o n t i n u o u sf l o w 】n t e r m i t t e a ta e r a t i o n w o r kd o n ei nt h i st h e s i sc a nh ec o n c l u d ea sf o l l o w ： 1s b rf o rt r e a t i n gw a s t e w a t e r w e r eo b t a i n e db yab e n c h s c a l ee x p e r i m e n t t h i s p a p e ra d o p tt h eb e s tr u n n i n g4 w a ys b rp a r a m e t e r s ：a n a e r o b i c ( 2 h ) ，a e r a t i o n ( 5 h ) ， a n o x i c ( 25 h ) ，p r e c i p i t a t e ，d i s c h a r g eo f m u d ，w a t e re l i m i n a t i o n ( 15 h ) ，r u nl e n t h w e r e1 1 0h o u r se f f l u n t w a t e r n h 3 n w e r e l 6 1 m g l 】，t n w e r e 9 6 1 m g u ，t p w e r e 04 3m gl ，n h r nw e r er e m o v a l9 6 0 2 ，t nw e r er e m o v a l7 6 6 2 w i t ht p w e r er e m o v a914 5 r e a c hf i r s td i s h a r g es t a n d a r do f i n t e g r a t e dw a s t e w a t e r d i s h a r g e s t a n d a r d ” 2 r e s e a r c h e do nn e wt e c h n o l o g yo fna n dpr e m o v a lt h r o u g ht h ec o n t i n u o u sf l o w i n t e r m i n e a ta e r a t i o n d o n ls e tu ps p e c i a la n o x i c a n a e r o b i ct a n k ，w a t e re n t e rt h e s a m er e a c t o rt a n kc o n t i n u o u s l y ，i n t e r m i t t e a ta e r a t i n g a tt h es a m er e a c t o rt a n k ， n i t r i f i c a t i o n ，a n dd e n i t r i f i c a t i o n ；r e l e a s ep ，a b s o r bp c o m p a r i n ga n do p t i m i z i n g f r o mt h r e es i d e ：s e l e c t i n gb e s ta e r a t i o n a lp a t t e r n ，c a r b o ns o u r c e s ，m i x i n g s t a b l e c o da n dn h r nr e m o v a le f f i c i e n c i e sw e r er e a l i z e di ne x p e r i m e n t s e f f l u n tw a t e r t nw e r e1 3 0 2 m g l 1 ，t pw e r e0 4 8 r a g l ，w i t ht nr e m o v a l7 93 7 w i t ht p r e m o v a l9 23 0 r e a c hf i r s td i s h a r g es t a n d a r do f ”i n t e g r a t e dw a s t e w a t e rd i s h a r g e s t a n d a r d ” 3c o n t r o lq u a n t i t yo fn i t r a t ea n dv f ai nt h ea n a e r o b i cz o n e ，t h e r ea r e p o l y p h o s p h n b a c t e r i ag r o wa n dr e p r o d u c t i o n s t w oi m p o r t a nf a c t o r si n c r e a s e 硕士学位论文 n s i i r sl i i e 引 c a r b o ns o u r c e sa n dm i x i n gt oe n s u r ed e n i 仃i f i c o t i o no n g o i n gc o m p l e t e l yn i t r a t e c o n c e n t r a t i o nr e d u c ev f ai n c r e a s e c o n t r o lc o n d i t i o ns ot h a ts y s t e mi si na n a e r o b i c s t a t ec a nm a k ep o l y p h o s p h o b a c t e r i ar e a l e a s epc o m p l e t e l yi na n a e r o b i cs t a g ea n d a b s o r bpa c c e s si na e r o b i cs t a g e w i t ht pr e m o v a l9 2 3 0 4 a np r o d u c t e de x p e r i m e n th a sb e e nc o n d u c t e do n af u l ls c a l ea c t i v a t e ds l u d g e p r o c e s sw i t hc a p a c i t yo f2 0t h o u s a n dc u b i cm e t e r sp e rd a yo p e r a t i n gu n d e rs t a t u s o fc o n t i n u o u sf l o wa n di n t e r m i t t e n ta e r a t i o na e r a t i o nt h er e s u l t sh a v es h o w nt h a t m e a n w h i l ew i t hn o r m a lc o dr e m o v a l 7 77 0 o ft o t a lna n d9 0 7 8 o ft o t a lp w a sr e m o v e d k e y w o r d s ：n i t r o g e na n dp h o s p h o rr e m o v a l c o n t i n u o u sf l o w ： ( s e q u e n c eb a t c hr e a c t o r ) s b r i n t e r m i t t e n ta e r a t i o n 硕士学位论文 j l - 【r s 【i l e 忭 第一章绪论 1 1 我国氮、磷污染的现状 1 1 1 我国氮、磷污染的现状 随着工农业生产发展和人r | 的增加人类赖以生存的水资源正在遭受 种污染物的污染。 1 9 9 6 年底统计，根据全n 2 ，_ 2 z 个监测站的监测结果，辽河、海河、 河、黄河、松花江、珠江、长江七大水系，主要污染物中，氮氮为其中重 指标。我国五大淡水湖泊中巢湖、滇池、太湖的氮、磷污染最严重，富营 化严重。见表1 - - 1 ，巢湖n 7 33 的水域处于富营养化状态，0 3 的水 处于极富营养化状态总氮含量4 6 2 m g l i ，总磷含量0 4 1 7 r a g l - 。，分别比l 家地面水三类标准超出了十几倍到二十倍8 1 ，其它湖泊和水库氮磷污染也： 严重，多数湖泊总氮浓度一段高出5 1 2 5 倍，多数湖泊总磷高出1 0 5 0 倍 。许多湖泊都处于氮磷污染而导致富营养化，据统计，占总湖泊的5 6 唰“， 四大海域污染，仍主要发生在近岸海域并有加重趋势，主。 污染参数仍为无机氮、无机磷和石油类。 表1 一l 1 9 9 6 年“三湖”氮磷污染状态、营养状态 总氯总磷透明度叶绿素 平均 湖泊名称营养状态 ( t s l m ) +( t s i m )( t s i m )( t s i m )汀s i m ) 巢湖 7 7 4 37 0 9 68 31 85 4 87 ls 9 重富 太湖 6 9 3 35 81 67 0 5 85 376 29 4 滇池 7 1 7 37 0 7 67 05 86 9 67 06 7 重富 t s i m ：营养状态指数，可表1 瑚泊的富营养他状态 1 1 2 我国氮、磷污染的来源 ( 1 ) 工业和生活污水的直接排放，全目废水、污水排放量呈逐年递增的i 第1 页 势，1 9 9 9 年城市生活污水排放量首次超过工业废水放量( 见表l - - 2 ”1 ) ，而 水体中大约有3 0 的磷来目含磷洗涤用品： 表1 2 全国废水、污水排放量ll o s t j a ) 年份 1 9 8 019 8 51 9 8 81 9 9 21 9 9 51 9 9 9 5 l 排放总量 2 4 33 4 12 6 84 3 04 5 0 4 0 i i 业废水 1 6 52 3 6 2 6 83 1 03 2 01 9 7 生话污水 6 91 0 5 1 0 0 1 2 0 1 3 02 0 4 ( 2 ) 1 9 8 8 年流失表土面积至少5 0 亿t ，水土流失带来沉积物养分，损失的 氮磷钾等重要养分元素超过我吲当年化肥生产提供的土壤养分重量”1 。因 此沉积物带来的大量养分进入江河湖( 库) ，成为水体中氮磷污染的重要 来源。 ( 3 ) 我国农业是依靠大量化肥、农药、集约化养殖业来支撑。此现状导致 r 农业非点源污染，特别是农业的养分流失对水体的污染。 表1 3 中崮化肥施用量( 1 9 8 6 1 9 9 5 ) 1 ( 一 年份氯肥磷肥钾肥复合吧合计 1 9 8 61 3 1 2 63 5 9 87 7 41 8 0 81 9 3 0 6 1 9 8 71 3 2 6 83 7 1 99 1 92 0 8 71 9 9 9 3 1 9 8 81 4 1 7 l3 8 2 11 0 1 22 4 1 22 1 4 1 6 1 9 8 9 1 5 3 6 84 1 9 81 2 0 52 8 0 92 3 5 7 1 1 9 9 01 6 3 8 44 6 2 41 4 7 93 4 1 22 5 8 9 9 1 9 9 11 7 2 6 l4 9 9 61 7 3 94 0 5 52 9 0 5 1 1 9 9 21 7 5 6 l5 1 5 7 1 9 6 04 6 2 4 2 9 3 0 2 1 9 9 31 8 3 5 l5 7 5 12 1 2 35 2 9 63 1 5 2 1 1 9 9 41 8 8 2 06 0 0 71 3 4 86 0 0 63 2 1 8 1 1 9 9 5 2 0 2 2 46 3 2 6 2 6 8 56 7 1 0 3 5 9 4 5 第2 页 硕士学位论文 、i 引i l t s l f s 据统计，我国化肥施用已达3 8 0 k g h m 2超出世界平均用量的3 倍，但 肥料的利用率不高农田施肥平瑰总损失率达6 0 左右。我国化肥使用 量不断增长( 见表1 3 ) ，1 9 9 5 年是1 9 7 8 年的4 倍”i ，同样由于偏施化月 而不注意使用有机肥，导致土壤中有机质含量下降，进而造成了对土壤结 构的破坏。土壤中未被利用的氮、磷等营养元素经地表径流或淋溶而损 失，造成对水体的污染。 1 1 3 氮磷污染的危害性 1 水体的氮污染 造成缓流水体的富营养化现象；增加了给水处理的成本，例如在水厂自 氯时原水中氮的存在会使加氯量大大增加：农业灌溉用水中，总氮含量女 超过l m g 1 5 1 ，作物吸收过剩的氮，产生贪青倒伏现象：还原态氮排入水t 会困硝化作用而耗去水体中大量的氧，造成水体黑臭；化合态氮对人及生 的毒害作用。 2 水体的磷污染 磷对水体的污染主要体现在引起水体富营养化。从藻类对氮、磷需要自 关系看，磷的需要更为重要，藻类的生长产量受磷的限制更为明显。 1 2 污水氮、磷的处理 1 2 1 污水氮、磷处理的意义 我国是世界上少数几个资源大国之，但人均拥有资源量很少。持续自 人口增长，地表水和地下水的污染，使我国水资源短缺严重，我国河川年 流量2 7 2 ，8x1 0 ”m 3 ，居世界第六位，但人均占有水量仅为2 4 0 0 2 5 0 0 m a 仅列世界第1 1 0 位，为世界人均水量的1 4 ，我国已被联合国列为1 3 水资源贫乏国家之一。据1 9 9 7 年统计结果报告9 i ，缺水城市3 3 5 座，据f 测，2 0 1 0 年、2 0 3 0 年和2 0 5 0 年城市需水量将分别达到1 2 9 0 亿打a 、 1 7 3 0 m 3 a 和2 0 7 0 m 3 a ，水资源紧歌，是制约中国经济发展难以克服的冈素。 第3 页 硕士学位论文 u s 1 r si 】i i l 面向2 1 世纪解决水资源问题，是节水，提高水资源利用率，二是解决水 污染问题。 1 2 2 国内外氮磷排放、要求和氮磷处理发展状况 近二、三十年以来，废水中氮、磷的去除已成为废水处理中的热点：世 界水污染控制协会已将氮磷营养物的去除列为主要的议题之_ ”1 ，并设立氮 磷营养物去除委员会来领导工作组织各国学者、专家在该交流领域中的最 新研究成果。 美国、德国、南非等西方国家对氮磷去除的研究和生产陛应用已有三十 多年的历史，有三个发展趋势： ( 1 ) 随着氮磷污染数量的上升，许多国家和地区立法对氮磷制定新的排放 标准，污水处理厂使用各种方法来处理氮磷暖水，i , j 2 0 0 0 年，全美污水处 理厂2 万多座，约有2 0 的污水厂要求去磷、2 7 的污水厂要求去氮。 ( 2 ) 美国出水的排放标准越来越高。如对氮的排放标准由考核n h ；一n 转 为考核总氮。对磷的排放标准，从l o w e rs u s q u e h a n n a 河流域的o2 m g 1 5 1 ， 无大湖域的l m g l - 1 至l o w e r p o t o m a c 河流域的0 2 m g l 。 ( 3 ) 由于日处理量几十万吨甚至上百万吨的城市污水厂采用去氮除磷工 艺。迫使人们在处理方法上不断创新，寻找成果低廉的处理手段与工艺。例 如去氮中单级污泥反硝化去氮工艺己取代了基建工艺运行费用较高的多级污 泥生物去氮工艺。成本较省的生物除磷工艺被越来越多的污水处理厂所采用 并取代了化学除磷工艺。 一些国家对水体总氮总磷的含量、负荷和排发逐步严格， 日本水体总 氮及总磷允许负荷见表i 一4 ”。 国家环境保护“十五”规划和2 0 1 5 年目标纲要中，在重点保护区 域三湖”1 中的太湖流域要求2 0 0 5 年化学需氧量排放总量控制在1 9 4 9 3 8 t a ， 总氮排放量控制在1 3 0 2 3 l a ，总磷排放量控制在3 4 7 0 t a ，主耍出入湖河流接 第4 顶 硕士壹位沦文 1 刚f r 51 1 1 、s 近i i i 类地面水环境质量标准。 表1 4 日本水体总氮及总磷允许负荷f g i m a ) 平均水深 允r负荷 危险负荷 ( m 1 总氯总磷总氢总磁 5100 0 7200 1 3 1 015o 1 530 o2 0 5 04 00 2 5800 5 0 1 0 0600 4 01 2 00 8 0 1 5 07505 015 、01 0 0 2 0 09o06 01 8 01 2 0 我国经济发展较快，城市化率不断提高，污水排放量持续增加，城市d 环境受到严重污染。1 9 9 7 年城市污水排放量2 t 2x1 护卉m 1 ，处理率仅， 1 3 7 ，同年工业废水处理率则为7 8 9 喇“1 。可见，提高我国的城市污水自 处理率已成为当务之急。 为确保污水处理厂建设后的正常运行”，国家已明确在水价中增收排# 费。全国有上百座城市污水处理厂正在建设，按照“七大流域、三大湖泊 重点沿海城市及其近岸海域要新增城市集中式污水处理能j 3 2 0 0 0 1 0 4 m ： d ”和“非农业人1 5 5 0 万以上城市都要建设城市污水处理厂”的目标，自 2 0 0 0 年年底前，还有上百座城市污水处理厂正立项要求建设。 为了防治日益严重的氮磷污染和富营养化，我国1 9 9 9 年1 月1 日实施自 新的污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 对城市二级污水处理厂出水的i 磷标准提出了严格的要求。新的标准规定，城镇二级污水处理厂出水中n h n 1 5 m g l - ，t p o 5 m gl - l ，目前国内建成的大部分二级污水处e 厂均有在适应新标准要求的问题，一些污水处理厂面临着严重的改造任务。 许多污水厂将重大改造后但不削减原处理能力，增加系统的脱氮除磷功能 为一项重要目标一 第5 页 硕士学位论文 、m 引e p , sj i j i - s i 我国城市污水典型水质浓度和按( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 1 执行的城市污水排放浓 度见表1 5 ”“，对于中等以上浓度污水，达到一级排放标准所需的处理方 法为：生物除磷t 化学除磷+ 生物除氮：达到二级排放标准所需的处理方法 为：生物( 或化学) 除磷+ 生物除氮。对于低浓度污水，单独生物除磷效 果较差，所需的处理方法为：牛物除磷+ 化学除磷，一般不需要硝化处 理。 表1 5 城市污水水质浓度和 按( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 标准执行的城市污水排放浓度 c o d +b o d +s s +t n n h r n 4 t p j m 扫 m g 一m g m g 一m g m gl 1m g 一 高浓度污水 1 0 0 04 0 06 0 01 0 05 01 2 中等浓l 蔓污水 4 5 02 0 0 2 5 04 02 5 6 低浓度污水 2 5 01 2 01 5 0 2 51 5 4 超低浓度污水 1 5 06 01 0 01 51 02 二级排放标准 1 2 03 03 02 5 i 0 一级放标准 6 02 01 5 1 5 o 5 c o d ：化学焉氰艟，还原忭物质消耗氧记刺旷量，自叽物_ i 计含晕指标b o d ：牛化需氧齄， 微f 物分解订机物的生物化学幸【化消牦的溶解轧，有机污染指h s s ：水巾悬浮物，物理指柑 t n ：总氟包括自机赶氨氮、面1 酸氪、哑硝酸氰 h ；n ：氨氟t p ：总6 彝乜括白机磷和无机瞵 1 3 本论文的思路 ( 1 ) 根据新的氮磷排放标准和我国实际情况( 财力限制) ，现有的城市二 级污水厂基本上采用基建及运行费用都较低的缺氧一好氧蜕氮工艺( a i o 工艺) ，厌氧一好氧除磷工艺( a 2 0 工艺) ，同步脱氮除磷工艺( a 2 ol 艺) f l l n l 歇式活性污泥法( s b ri 艺) 进行生物脱氮除磷。 第6 页 ( 2 ) 1 0 0 多家无氮磷处理的二级污水处理厂， 能以达到新的污水综合排放标准。 需作改造，增加脱氮除磷功 ( 3 ) 新建和再建的多家二级污水处理厂，脱氯除磷机理磺究和工艺稳定性 运行需进一步完善。 针对以上我国氮磷处理的特点，以黄石高等专科学校环境工程和环境监 测实验室的设备为基础自制实验流程，拟定研究方案，开展研究工作，最后 做生产性实验。 【1 ) 研究污水生物脱氮除磷新工艺，为新建和改造污水处理厂提供设计方 案和运行参数。 ( 2 ) 进行s b r 工艺处理城市污水的实验，以选择最佳运行参数。 ( 3 ) 根据间歇式活性污泥系统在时间控制上比较灵活”，处理废水时碳氧 化，氮硝化及反硝化，除磷可同时进行也可分别进行控制。研究连续流间 歇曝气工艺脱氯除磷的运行参数和运行条件，使之最优化，为污水处理厂生 产提供依据。 ( 4 ) 在黄石市青山湖污水处理厂进行高浓度连续流间歇曝气生产性实验。 第7 页 孜 黛 硕4 - 学位论文 n 汀e l t sj j is i s 第二章生物脱氮除磷简介 2 1 生物脱氮 2 1 1 生物脱氮原理 生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨态氮转化为n ：的过程，其中 包括氨化作用、硝化作用、反硝化作用三个反应过程： 1 氨化作用 氨化作用是有机氮化合物，在氨化菌的作用下，分解、转化为氨态氮( n h ，、n h 4 + ) 的过程。 r c h n h ，c o o + 亭些堕坐蔓掣r c o o h + co - + n h ， 2 硝化作用 碳源：是微生物生长必不可少的碳素营养的物质= 自养菌：从c 0 2 和c o ，。获取碳源，利用光能和无机物的氧化中获取能量， 以合成有机物，构成细胞，生理活动不需有机性营养物质。 异养菌：只能利用有机碳化合物获取碳源( 外碳源) 和能量，生理活动 需有机营养物质。 硝化细菌是亚硝酸菌和硝酸菌的统称，硝化菌是好氧自养菌。 硝化作用是在好氧条件下，n i l 4 + 转化n o , 和n q 一的过程。 总反应式： n i t , + + 2 q 些塑苎n o j + h ! o + 2 w 2 反硝化作用 反硝化菌是异养型兼性厌氧菌。它只有在无o ：同时存在n o i 和n o i 的 条件下，才能利用n q 。和n o r 离子中的氧进行厌氧呼吸生长，使硝酸盐还原 为n 二。另一方面，在反硝化菌体内，有氧条件下合成酶系统组分。因此，反 硝化菌以在厌氧、好氧交替的环境在生活为宜，溶解氧应控制在o5 m g l 。以 下。 第8 贾 硕士学位论文 , 1 a s l e r s 1 i i 盱1 i 好( 有) 氧呼吸 在有o z 条件下进行氧化还原反应获得能量将复杂有 机物转化为c o ：、h 。0 和其它简单的物质。 厌氧呼吸：在无o ：条件下进行氧化还原反应获得能量。 反硝化作用是在无氧条件下，反硝化菌将氧化态氮( n o ，n 、n 0 n ) 还原为气态氮( n 2 ) 的过程。总反应式： 6 n 0 3 一+ 5 c h 3 0 h 竺! 竺5 c q + 3 m + 7 h 2 0 + 6 0 h 一 2 1 2 生物脱氨工艺 1 活性污泥法脱氮的传统_ e s ，是由巴茨( b a r t h ) 开创的m j ，被称为三级 性污泥法，它是以氨化( 其中存在有机物氧化) ，硝化和反硝化3 步反应过 为基础建立起来的。活性污泥中含有氯化菌、硝化菌、反硝化菌、聚磷菌 在实践中，还使用二级生物脱氮系统，将氨化和硝化两道反应过程放在同 座反应器内以简化工艺步骤，见图2 一i 二级生物脱氮系统。 原污 剩余污泥 剩余污泥 图2 一l 二级生物脱氮系统 硝化器是去除b o d 、 c o d ，使有机氮转化形成n h 3n h 。+ ，完成氨1 过程，硝化反应，使n h 、n h ；+ ，氧化为n o ；+ n 。 反硝化反应器，在缺氧条什f n o ，一n 还原为气态n 二，并逸往大7 第9 页 硕士擘位论文 、l 博f r ls 1 j j f 卟 中，应采取厌氧一缺氧交替的运行方式。可投1 j i i c h ，o h 【甲醇) 作为反硝 化菌碳源，亦 u 引入原污水充怍碳源。 l 一盟堕= ：蔓婆 潮 图2 - 2a o 工艺流程图 2 缺氧一好氧活性污泥脱氮x 艺( a n o x i co x i c ) ，又称a o 工艺，其主要特 点是将反硝化反应器放置在系统之首设内循环系统”，向前置的反硝化器 回流含有大量硝酸赫的硝化液，_ l 艺流程见图2 - 2 。 2 2 生物除磷 2 2 1 生物除磷基本原理 生物除磷：利用活性污泥中聚磷菌一类的微生物，超量地从污水中摄取 磷，将磷以聚合形态贮在菌体内，形成高磷污泥，通过排出剩余污泥到系统 外，达到从污水中除磷的效果。 聚磷菌o “：一类好氧菌，通常好氧条件下生长正常，厌氧条件下生长受到 抑制，但聚磷菌在厌氧池中为优势菌种，构成了活性污泥的主体，对磷进行 过剩摄取，达到生物除磷目的。 生物除磷机理比较复杂，其基本过程是： 1 聚磷菌的放磷并进行p h b 合成( 即厌氧、释磷) 含聚磷菌的回流污泥和污水一起进入厌氧状态，此时污水中有机物在厌氧 第l o 页 l 甲 葶 翳喙 一 一一t-l$鹾髓 一 h 坠 一j 硕士章位论文 、| , i a s 、r si j 止s i s 发酵产酸菌的作用下转化为甲酸、乙酸、丙酸等低分子脂肪酸( v f a ) ，而 活性污泥中的聚磷菌在厌氧的不利状态下，将体内积聚的聚磷酸盐分解，j 解产生的能量部分供聚磷菌生存，另一部分能量供聚磷菌主动吸收乙酸、i 酸等转化( 合成) 为有机储备物质p h b ( 聚合羟基b 丁酸) 的形态储藏一 体内。此时表现为聚磷菌的放磷( 磷的释放) ，即磷酸盐由微生物体内向污z 中的转移。 2 聚磷菌对磷的过剩摄取，( 即好氧、吸磷) 进入好氧状态后，聚磷菌将储藏于体内的p h b ( 聚合羟基b 丁酸) 进j 好氧分解并释出大量能量，一部分能量供聚磷菌增殖，另一部分能量供其： 动吸收污水中的磷酸盐，以聚磷酸盐的形式积聚于体内，这就是好氧吸磷， 即“磷的过剩摄取”。 3 厌氧和好氧交替的生物处理系统除磷本质 由于活性污泥在运行中不断增殖，为了系统的稳定运行，必须从系统q 排出和增殖量相当的活性污泥，也就是剩余污泥。剩余污泥中包含过量吸m 磷的聚磷菌，也就是从污水中要去除的含磷物质。回流污泥和污水一起又“ 入厌氧状态，厌氧、释磷，并有转化( 合成) 的p h b 储藏于聚磷菌体内# 合液进入( 流入) 好氧状态后，超量地从污水中摄取磷，将磷以聚合磷酸 的形态贮在菌体内，形成高磷污泥，通过排出剩余污泥，获得良好的除磷i 果。 从以上论述可知，在厌氧状态下放磷愈多，合成的p h b 愈多，则在# 氧状态下聚磷菌增殖愈多，合成的聚磷酸盐量愈多，除磷效果也愈好，合日 p i - b 的量和碳源的性质密切相关，乙酸、丙酸等低分子脂肪酸( v f a ) 易在 聚磷菌吸收转化为p h b ，因此在厌氧区加入好氧池硝化器的上清液( 含有z 酸、丙酸等) 可提高放磷速率。硝酸盐对厌氧放磷不利，它有助于反硝“ 菌的增长，和聚磷菌争夺碳源，抑制”_ j 口“聚磷菌生长和放磷。 第1 1 顶 硕士堂位论文 i n 、l i - r 1si f h 2 2 2 生物除磷工艺和生物脱氮除磷工艺 1 厌氧好氧除磷工艺( a n a e r o b i c o x i c ) ，又称a 0 工艺，将厌氧反应器放 置在系统之首，无内循环系统唧，厌氧反应器能够保持良好的厌氧状态见图 2 3 b o d 的去除 l 沉砂池l 叫厌氧池 炳池h 释放磷曝气池 一l 漉污泥 图2 3a z o 除磷工艺流程图 2 同步脱氮除磷工艺( a n a e r o b i c a n o x i c o x i c ) ，又称a o 工艺，是在原有趣 0 工艺基础e ，嵌入一个缺氧池，并将好氧池中的混合液回流到缺氧池达到 反硝化脱氮目的，这样厌氧缺氧好氧相串连的系统就具有同步脱氮除磷 功能，a 7 0 工艺流程图2 4 。 图2 4a o 脱氮除磷工艺流程图 第1 2 页 硕士学位论文 1 u h ii i i 巧【s 第三章s b r 工艺研究 3 1s b r 工艺简介 s b r 工艺又称间歇式活性污泥法，工艺流程图3 1 ，特点是间歇i 水，采用集有机物降解与混合液沉淀于一体的反应器一间歇曝气池，在反， 器中同时去除有机物和脱氮除磷，流程与连续式活性污泥法相较，勿需设 泥回流设备，不设二次沉淀池，曝气池容积也小于连续式，工艺简单，建i 与运行费用都较低，处理效果稳定，出水水质好，操作灵活、占地面积小， 是美国等许多国家竞相研究和开发的热门工艺”。s b r 工型”2 6 墙2 很好的； 除城市污水中的c o d 、氮和磷，适合于间歇排放的污水和废水治理。s b 是间歇运行的，若要连续进水，至少需两套s b r 设施，进行切换。 间歇曝气 j 处理水 初次沉淀池曝气池 图 - 1 间歇式活性污泥法j 艺 基本运行方式包括：流入；反应；沉淀；排放；待机等5 个工序。工： 各反应的时间按事先编制的程序，电脑自动控制，在传统活性污泥法上改女 时，原有设施不作更动，只需定时供气停气，或数组曝气池切换交替供气。 达到去 c o d 、1 3 0 d ；、s s 并增加脱氮除磷功能。改建工作简便且操作； 活、减少运行费用。 3 2s b r 工艺脱氮除磷的实验设计来源 沈耀良等人，为克服s b r 难达到理想的脱氮和除磷效果”，对s b r ： 艺运行方式组合进行了改进如图3 2 所示，进水期采用厌氧搅拌方式”， 第1 3 页 硕士学f i 论文 、n s i i r ls i 曝气时有机物分解、硝化和摄磷，曝气结束后，增加停曝搅拌，为保证良好 的脱氮效果此阶段2o h 以上，沉淀和排泥排水阶段时间为2 h 左右m 2 2 i 。 进水搅拌曝气停曝搅拌 沉淀排泥排水 图3 2s b r 工艺提高脱氮除磷效果的运行方式组合的改进 3 3 实验装置 实验装置见图3 3 一只塑料桶作s b r 反应器，内径3 0 c m ，高度5 0 c m ，有效容积2 0 l 。 贮水箱有效容积1 0 0 l ，反应器外侧分设有5 个排水管，以便在不同高度排 水，底部设有排泥及放空管，距反应器底1 0 c m 处设有进气管，内部采用4 个烧结砂芯作为曝气头，外部联接空气压缩机。 进水量、曝气量通过阀门调节和流量计计量，桶内设机械搅拌器。 设溶解氧仪实时监测，控制反应器水的溶解氧在好氧段保持2 m g l 。1 左右 图3 3s b r 工艺实验装置 第1 4 页 硕士学位论文 、i a s i i 【t s i ：s 1 5 厌氧段o2 m g l 。以下，缺氧段o5 m g l 1 左右。 3 4测试指标及分析方法 测试指标及分析方法见表3 - 1 表3 - l 测试指标及分析方法 测试指标分析方法 c o d 标准重铬酸钾2 h 回流法 t n 碱性过硫酸钾消解，紫外分光光度法 n h3 一n 容量法，纳氏试剂比色法 t p 瞵镏酸铵比色法 n o j n紫外分光光度法 n 0 2 - n 盐酸n - 萘胺比色法 d 0 + 溶解氧仪 m l s s + 蒸干称重法 d o 浴孵飘 m l s s ：i 昆台液悬浮崮悼浓喧f 混台波圬w e 浓度1 3 5实验材料 实验用活性污泥取自黄石青山湖污水厂的剩余活性污泥，经2 0 天培养9 化后正式运行。实验用水为污水一曝气池中污水，水质指标范围：c o d ， 2 0 0 0 5 5 00 m g 1 5 ，总氮为2 5 0 0 6 5 0 0 m g l l ，氨氮为1 00 0 - - 6 0 ，0 0 m g l 1 ，l 磷为2 0 0 1 00 0 m g l ，悬浮物1 5 0 0 3 0 0 0 0 m g l 1 。 3 6 实验方法 1 为有效去除有机物，兼顾脱氮除磷，在反应器中进行基本运行的四个阶段： 厌氧( 瞬时进水，厌氧搅拌，保证磷在厌氧阶段充分释放) 。 曝气( 好氧曝气去除c o d 、t p 、n h 3 ) 。 缺氧( 缺氧搅拌反硝化，在此阶段进行反硝化作用，反硝化菌将硝酸氮 为氮气从水中逸出，实现脱氮功能) 。 沉淀( 排泥) ( 沉淀，排出高磷污泥；最后排水) 。 第1 5 页 硕士彳位论文 l 川h s 川删s 2 改变厌氧、曝气、缺氧、沉淀四个阶段的时间，组合成九个s b r 工况来展 开实验研究，各工况条件见表3 2 ，找出s b r 工况运行过程中影响去除率的 主要因素，以确定理想运行方式组合，改变运行参数，以c o d 、氨氮、t p 和m l s s 的去除率为考核指标，实验结果见表3 3 ，表3 _ 4 ，表3 。5 ，表3 - 6 。 3 实验运行1 l h 后，每小时对反应器中c 0 d 浓度、总磷浓度、氮元素浓度 进行测定，每个指标做平行样分析。 3 7 实验结果 3 7 1 九个s b r 工况运行实验结果 表3 2s b r 工况运行条件 r况号 运行方式组合 123456789 厌氧时间 1l1222333 曝气时问 373557357 缺氧时间 i520i 5252025i52 0 2 5 沉淀时问 1 0152o52 o10152 0 10 表3 - 3c o d ( m gl 1 ) 实验结果 c o d | 况号 m 1 2 l 1 li2345689 污水 2 9 50 1 7 20 2 )2 9 50 2 9 5 0 1 7 20 。2 2 9 20 i 1 7 20 【2 2 9 5 0 1 、2 9 50 。1 出水 2 70 9 7 7 42 65 22 7 3 41 70 32 8 2 11 3 5 62 31 31 9 2 2 去除率9 0 8 29 55 09 l0 19 07 39 0 1 0 9 0 4 0 9 2 1 29 22 09 3 4 8 ( 2 ) 和【3 ) 表平不同工巩反应器进水的水质小同 第1 6 页 硕士学位论文 n s l 】= r s 】i e , l q 表3 - 4n h ，- n ( m gl 1 ) 实验结果 n h ，_ n | i 况号 ( r a g l 。) l23456 89 污水 2 43 0 4 11 12 4 3 04 l1 l2 43 0 2 43 04 1 1 1 4 1 1 14 05 0 山水98 28 1 0 92 073 2 46 52 舟3173 475 831 6 去除率 5 9 5 98 0 3 06 21 48 22 0 8 08 6 8 83 5 5 78 28 15 6 9 22 0 表3 - 5t p ( m gl 1 ) 实验结果 y p i 况号 ( m gl ) 123456789 污水 50 350 32 7 2 5 0 3 27 227 250 3 50 350 3 出水 27 51 2 408 203 810 20 7 01 9 1 09 31 9 2 土除率 4 53 3 7 53 56 98 59 24 4 6 25 0 7 42 66 2 0 38 1 5 i6 18 3 表3 6m l s s ( m gl1 1 实验结果 m l s s f 况号 c r n g l 。) 123 4 56 7 89 污，k1 9 501 9 501 9 50 1 9 5 o1 9 5 01 9 5 0 1 9 5 01 9 5 01 9 50 出水 3 5 9 895 7 8 4 673 5 90 23 47 479 169 33 3 9 5 去除率 8 15 59 5 0 99 56 69 6 2 39 5 3 78 2 1 89 59 4 9 64 58 2 5 9 1 厌氧时间对处理效果的影响 厌气时间是影响t p 处理效果最主要的因素。厌氧阶段聚磷菌放出磷， 且吸收污水中的有机物，厌氧放磷越充分，聚磷菌贮存能量就越多，到了 氧阶段吸磷效果就越好。由表3 5 发现，若厌氧时间l h ( 工况l 工况2 工 3 ) 偏短，t p 去除率为4 5 3 3 、7 53 5 、6 9 8 5 很低，则除磷效果不f 厌氧时间3 h ( 工况7 工况8 工况9 ) 很长，但t p 去除率也提高不多，厌氧 第1 7 页 硕士学位论文 1 粥l ir 1 | _ 吲 间太长还会延长运行周期时间。在厌氧时间2 h ( 工况4 工况5 工况6 ) , t p 去 除率为9 2 4 4 、6 2 5 0 、7 4 2 6 ，t p 去除率比厌氧时间( 1h ) 提高，其中工况 4 t p 去除率提高很多，除磷效果尤其好，出水t p 0 3 8 m gl 。，能达n - 级排放 标准，由图3 5 发现工况4 机理实验厌氧2 h 时，聚磷菌放磷基本完毕，测定 t p 达最高值1 8 8 0 m g l ，若再增加厌氧时间，放磷速度相当缓慢，磷的释放 浓度没有太大变化。此时c o d 、氨氮去除率基本不变，综合考虑确定的厌氧 时间为2 h 。 2 曝气时间对处理效果的影响 曝气时间是影响处理效果最主要的因素。由表3 - 4 实验结果表明，若曝气 3 h ，c o d 去除率则高达9 0 0 0 以上，这说明在s b r 工艺中，c o d 能在较 短的曝气时间内去除；但氨氮去除率不高，只有5 7 8 2 0 0 - - 6 21 4 ，另外总磷 的去除率也只有4 5 3 3c 南9 8 3 ，表明曝气时间偏短。当曝气时间在5 o h 以上时，氨氮去除率均高于8 0 0 0 ，同时工况条件下由于厌氧时间2 o h 以上充足( 工况4 、工况6 、工况8 、工况9